刮板輸送機(jī)鏈條自動(dòng)張緊裝置的分析與應(yīng)用

王華杉

（晉城金成礦山建筑工程有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048000）

引言

刮板鏈?zhǔn)枪伟遢斔蜋C(jī)的主要組成部分，刮板鏈運(yùn)行狀態(tài)下受拉力產(chǎn)生彈性伸長(zhǎng)，使鏈條處于松弛狀態(tài)，通常用刮板輸送機(jī)鏈條張緊機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)刮板鏈的伸長(zhǎng)量，保障刮板輸送機(jī)的正常工作[1-3]。以往手動(dòng)控制張緊裝置對(duì)鏈條的調(diào)節(jié)效果不佳，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。針對(duì)這一情況，提供了一種鏈條自動(dòng)張緊裝置及控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刮板鏈的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使刮板鏈的張力控制在合理的范圍內(nèi)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，延長(zhǎng)鏈條的使用壽命。

1 鏈條自動(dòng)張緊裝置分析

1.1 結(jié)構(gòu)分析

刮板輸送機(jī)鏈條自動(dòng)張緊裝置，主要包括主控箱、控制系統(tǒng)、控制電纜、控制電器、電源、電液控?fù)Q向閥組、傳感器、行程開(kāi)關(guān)、過(guò)濾器、單向閥、壓力傳感器、壓力表、張緊油缸、液壓膠管和接頭。

1.2 工作原理

電氣控制系統(tǒng)根據(jù)張緊油缸中壓力傳感器提供的信號(hào)，由控制系統(tǒng)的程序進(jìn)行運(yùn)算，判斷刮板鏈的松緊程度是否處于正常工作范圍內(nèi)，或工作情況異常，并將運(yùn)算結(jié)果形成控制信號(hào)，向液壓系統(tǒng)發(fā)出動(dòng)作指令，液壓系統(tǒng)根據(jù)指令，自動(dòng)將張緊油缸進(jìn)行伸縮或者保持現(xiàn)有狀態(tài)，使刮板鏈?zhǔn)冀K處于合適的工作狀態(tài)，保證刮板輸送機(jī)的安全、正常運(yùn)行[4]。

由于刮板輸送機(jī)的使用條件差異非常大，所以要使自動(dòng)張緊裝置發(fā)揮作用，必須對(duì)刮板輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度、中部槽寬度、刮板鏈組相關(guān)參數(shù)，以及機(jī)頭及機(jī)尾的卸載高度、伸縮機(jī)尾自身的參數(shù)等進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)要對(duì)刮板輸送機(jī)的溫度、濕度、采向角度、走向角度、煤質(zhì)等工作環(huán)境參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，這樣才能在控制系統(tǒng)中形成正確的指令。

1.3 張力值分析

為了解決刮板輸送機(jī)鏈條在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生斷鏈、卡鏈或斷齒等故障，就需要通過(guò)對(duì)鏈條的力學(xué)計(jì)算，分析鏈條的故障原因。

假設(shè)刮板輸送機(jī)為雙鏈輪驅(qū)動(dòng)，主動(dòng)輪與從動(dòng)鏈輪功率分配比值為1∶1。刮板輸送機(jī)鏈條在額定均布載荷作用下，根據(jù)逐點(diǎn)張力法計(jì)算出各部分受到的張力載荷，如圖1 所示。由圖1 可以看出，S3點(diǎn)受到的張力值最大，S4點(diǎn)受到的張力值最小。因此在S3點(diǎn)容易發(fā)生由于張力過(guò)大產(chǎn)生的斷鏈?zhǔn)鹿?；S4點(diǎn)附近若有較長(zhǎng)一段處于零張力狀態(tài)，容易發(fā)生由于鏈條過(guò)松引起的斷鏈、卡鏈或斷齒等事故。

圖1 鏈條張力示意圖

該系統(tǒng)主要包括以下三部分內(nèi)容：一是數(shù)據(jù)分析裝置，包括控制器、人機(jī)操作界面、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源等；二是信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置，包括壓力傳感器、伸縮油缸行程傳感器、開(kāi)停傳感器；三是液壓控制裝置，包括電液控?fù)Q向閥、液控單向閥、球閥、過(guò)濾器等。刮板輸送機(jī)在工作過(guò)程中，通過(guò)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)伸縮油缸大腔壓力，該壓力值間接地反映了刮板輸送機(jī)鏈條的張力。信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置將監(jiān)測(cè)到的壓力值實(shí)時(shí)地反饋給數(shù)據(jù)分析裝置。數(shù)據(jù)分析裝置將反饋的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)需要調(diào)整鏈條的張力時(shí)，通過(guò)對(duì)液壓控制裝置發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)伸縮油缸移動(dòng)量和鏈條張力的雙重控制。信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置還將監(jiān)測(cè)伸縮油缸活塞桿的伸出量，當(dāng)伸出量達(dá)最大值時(shí)，會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)分析裝置發(fā)出警報(bào)，提示伸縮油缸已達(dá)最大行程。為了延長(zhǎng)電液控?fù)Q向閥的使用壽命，信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置還將通過(guò)開(kāi)停傳感器監(jiān)測(cè)刮板輸送機(jī)的啟停信號(hào)，用于了解刮板輸送機(jī)的工作狀態(tài)，確保在停機(jī)狀態(tài)電液控?fù)Q向閥不頻繁動(dòng)作。其系統(tǒng)配置邏輯框如圖2 所示。

圖2 刮板輸送機(jī)鏈條張緊控制系統(tǒng)邏輯框圖

1.4 液壓控制裝置

液壓控制裝置是鏈條自動(dòng)張緊控制系統(tǒng)中的執(zhí)行裝置，直接控制伸縮油缸的伸縮動(dòng)作。為了實(shí)現(xiàn)電控液壓換向的目的，系統(tǒng)采用電液控?fù)Q向閥。由于刮板輸送機(jī)在工作過(guò)程中，伸縮油缸會(huì)受到軸向作用力，為了維持伸縮油缸的伸縮量，在伸縮梁油缸的大腔安裝液控單向閥。同時(shí)，為了保證伸縮油缸動(dòng)作速度不會(huì)太快，在伸縮梁油缸的大腔安裝節(jié)流閥。系統(tǒng)配備安全閥、球形截止閥、筒式過(guò)濾器，用于完善系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定[5]。

液壓控制裝置根據(jù)刮板輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)控制刮板輸送機(jī)伸縮油缸的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)（液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示），該系統(tǒng)主要液壓元部件有電液控?fù)Q向閥、液控單向閥、節(jié)流閥、安全閥、球形截止閥、筒式過(guò)濾器、回液斷路閥和壓力表等。

圖3 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.5 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)分析裝置和信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置兩部分。數(shù)據(jù)分析裝置包含控制器、人機(jī)界面、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源。其中控制器作為鏈條張緊電控系統(tǒng)的核心，具有數(shù)據(jù)分析計(jì)算的功能；人機(jī)操作界面用于對(duì)系統(tǒng)參數(shù)及工作模式的設(shè)定，并且可以顯示系統(tǒng)狀態(tài)；礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源可為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的12 V 直流電源。這些設(shè)備均安裝在機(jī)尾自動(dòng)張緊系統(tǒng)控制臺(tái)上，方便修改參數(shù)及控制操作。信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置包含壓力傳感器、行程傳感器、感應(yīng)磁環(huán)、行程傳感器接插座、開(kāi)停傳感器。兩個(gè)壓力傳感器安裝于液壓控制裝置的液控單向閥上，可以監(jiān)測(cè)伸縮油缸大腔壓力，雙壓力傳感器可提高系統(tǒng)可靠性。行程傳感器安裝于伸縮油缸上方，可同步監(jiān)測(cè)伸縮油缸的行程值。開(kāi)停傳感器用于監(jiān)測(cè)刮板輸送機(jī)啟停狀態(tài)，使控制器處于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)狀態(tài)或間歇監(jiān)測(cè)狀態(tài)[6]。

硬件設(shè)備通過(guò)連接器連接，確保設(shè)備供電及信號(hào)傳輸，主要電控元部件有控制器、人機(jī)操作界面、行程傳感器、礦用壓力傳感器、開(kāi)停傳感器、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源，電控系統(tǒng)連接如圖4 所示。

圖4 電控系統(tǒng)連接

2 鏈條自動(dòng)張緊裝置系統(tǒng)功能分析

1）系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)控制的功能。手動(dòng)模式：主要用于人為干預(yù)油缸動(dòng)作，以及當(dāng)油缸達(dá)到最大行程時(shí)，需使油缸收回，進(jìn)行截鏈操作。當(dāng)控制器處于手動(dòng)模式時(shí)，按下“伸出”鍵，油缸伸出；按下“收回”鍵，油缸收回。該動(dòng)作指令為點(diǎn)動(dòng)動(dòng)作。

自動(dòng)模式：當(dāng)控制器處于自動(dòng)模式時(shí)，控制器通過(guò)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)控伸縮油缸狀態(tài)，通過(guò)程序自動(dòng)控制伸縮油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)鏈條張緊控制。

2）具有壓力、行程雙重監(jiān)測(cè)功能。壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)伸縮油缸的大腔壓力，分析鏈條動(dòng)態(tài)張力；行程傳感器用于監(jiān)測(cè)伸縮油缸活塞桿伸長(zhǎng)量。通過(guò)這兩個(gè)數(shù)值的監(jiān)測(cè)，可雙重監(jiān)測(cè)刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條的伸縮值，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3）具有刮板輸送機(jī)啟停監(jiān)測(cè)功能。通過(guò)控制器接收到的刮板輸送機(jī)啟停信號(hào)，可使刮板輸送機(jī)在啟動(dòng)狀態(tài)下處于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)狀態(tài)，在停機(jī)狀態(tài)下處于間歇監(jiān)測(cè)狀態(tài)，保護(hù)電液控?fù)Q向閥使用壽命。

4）可以實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)鏈條張緊控制系統(tǒng)的急停與閉鎖控制。急停操作：按下急停按鈕，停止刮板輸送機(jī)鏈條張緊控制系統(tǒng)動(dòng)作。

閉鎖操作：按下閉鎖按鈕，對(duì)刮板輸送機(jī)鏈條張緊控制系統(tǒng)實(shí)施動(dòng)作閉鎖。

5）具有聲光報(bào)警功能，可提示工作人員系統(tǒng)工作異常。

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

山西某煤礦掘進(jìn)面出矸所用為SGB620/40T 型刮板輸送機(jī)，以往采用手動(dòng)控制張緊裝置對(duì)鏈條進(jìn)行張緊調(diào)節(jié)，實(shí)踐結(jié)果表明，張緊調(diào)節(jié)效果不佳，并且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，用設(shè)計(jì)的鏈條自動(dòng)張緊裝置對(duì)SGB620/40T 型刮板輸送機(jī)進(jìn)行安裝改造調(diào)試，實(shí)現(xiàn)刮板鏈的自動(dòng)調(diào)節(jié)。鏈條自動(dòng)張緊裝置應(yīng)用后，對(duì)SGB620/40T 型刮板輸送機(jī)表現(xiàn)出了良好的減震緩沖效果，刮板運(yùn)輸裝置在啟動(dòng)作業(yè)中遭受的沖擊和設(shè)備波動(dòng)明顯改善，特別是由于啟動(dòng)引起的刮板鏈松弛打滑或跑偏等事故發(fā)生的概率降幅達(dá)95%，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)安全效益。